Wie berechnet man die Energie, die ein Propeller aus dem Stand mit 2 kg Schub benötigt?

Anstellwinkel und Durchmesser des Propeller sind gegeben

Meine Absicht ist die Effizienz eines Elektromotors zu berechnen. Mir ist bewusst, dass sich bei einem bewegtem Propeller die Energie natürlich ändert. Aber ich möchte nur die Energie betrachten, die man benötigt um 2kg Schub mit einem Propeller zu erzeugen, der stationär in der luft ist.

Spannung und Stromstärke die der Elektromotor bekommt sind auch bekannt. KV (Umdrehungen pro Volt) des Elektromotors sind auch bekannt.

Wie kann man aus den Maßen des Propellers, der Umdrehungszahl und dem Schub die Energie berechnen ? Vergleichbare Frage wäre wie viel Energie brauch ein 2 kg schwerer Helikopter um sich in der Luft zu halten (ohne jegliche Effekte wie Bodeneffekt die das Ergebnis beeinflussen) ?

Answer 1

[Karl37]

Als Folge der Luftbeschleunigung durch den Propeller stellt sich in der Ebene des Propellerkreises ein Drucksprung ein, den man messen kann.

Dann kann man mit Hilfe des Impulssatz die Schubkraft berechnen

Comments

[Despereaux]

Was ist die Einheit und Formel für den Drucksprung ?

Inwiefern hilft mir m1 * v1 = m2 * v2  die Energie zu berechnen ?

Answer 2

[Hamburger02]

Wie man das berechnet würde hier zu weit führen.

Hier gibt es aber die Möglichkeit, den Standschub zu überschlagsmäßig zu berechnen:
xxx.maltemedia.de/schub/

Eine ganz genaue Berechnung findest du hier:
xxx.rc-network.de/magazin/artikel_02/art_02-0037/art_02-0037-00.html

(xxx durch http://www ersetzen)

Answer 3

[Joochen]

1) Schub ist eine Kraft. Die ist nicht in kg sondern in N(ewton) anzugeben.

2) Was Du berechnen solltest, ist nicht Energie sondern Leistung.

3) . . . wie viel . . . braucht . . . ein Helikopter . . .

4) Die Schwebeleistung eines Hubschraubers ist ungefähr G^1.5 /((2 pi)^0.5 R) mit

(G = Gewicht in N, R = Rotorradius in m.)

Answer 4

[Depri75miles]

Erst mal müßtest Du überhaupt einen Wirkungsgrad des Propellers haben. Je nach Größe und Rotationsgeschwindigkeit ist der extrem unterschiedlich, max. etw 85%.

Grundsätzlich erzeugt ein größerer langsam drehender Propeller einen wesentlich höheren Standschub als ein Kleiner, schnell drehender. Das Problem beim Standschub ist dass der Propeller seine eigene, unruhige nach unten bewegte Luft oben wieder ansaugt und dass die Blattspitze des einen Propellers in die verwirbelte Luft der anderen gerät, beides Faktoren die die Wirkung des Propellers hemmen.

Answer 5

[Roderic]

Ein einfache Rechnung wäre:

Du nimmst den Durchmesser des Propellers und rechnest damit die Querschittsfläche aus.

Dann suchst du in den Angaben zum Propeller nach dem Luftdurchsatz: Soundso viel m²/Stunde.

Mit der oben berechneten Fläche kannst du damit ausrechnen wie hoch die Geschwindigkeit der Luft ist, die durch den Propeller bewegt wird.

Mit der Geschwindigkeit und dem Luftdurchsatz und der Dichte der Luft, kannst du ausrechnen, wieviel Masse pro Sekunde durch den Propeller beschleunigt wird.

Damit kannst du den Impuls ausrechnen, der nach unten abgegeben wird. Impuls durch Zeit ergibt die Schubkraft.

usw.

usf.

Der Rest ist klassische Mechanik.

Ist der Schub größer als die Gewichtskraft, hebt das Ding ab.